Alguns métodos de projeto de células de manufatura têm assumido que cada operação para um tipo específico de peça só pode ser processada num tipo de máquina específica. Segundo Mungwattana (2000), isso não é verdade em se tratando do emprego de máquinas parametrizáveis com capacidade de processamento de múltiplos processos e operações.
O uso dessas máquinas resulta na capacidade de uso de rotas alternativas de processo para cada operação de um job. Isso é, cada uma das operações de um determinado tipo de peça tem a possibilidade de ser processada em um conjunto de máquinas da célula com diferentes custos e tempos. Quando um tipo de peça pode ser processado por rotas alternativas através de um sistema de manufatura, está se referindo à chamada flexibilidade de rotas. A flexibilidade de rotas é uma função da flexibilidade de máquinas e da flexibilidade de operações da taxonomia proposta por Browne (BROWNE et al., 1984 apud BEACH et al., 2000), lembrando que a flexibilidade de máquinas refere-se aos vários tipos de operações que uma máquina pode realizar sem requerer um esforço proibitivo na comutação de uma operação para outra e a flexibilidade de operação de uma peça é a sua habilidade de ser produzida (ou processada) de diferentes formas.
A flexibilidade de rotas de um tipo de peça implica que o tipo de peça possui planos de processos alternativos. É importante reconhecer que num ambiente de manufatura do tipo NDDJSS, cada tipo de peça terá mais que um plano de processo se uma ou mais operações puderem ser processadas em máquinas alternativas. De acordo com Rajmani et al. (1990); Oliveira (2002), a designação de uma única máquina para uma
operação de um processo, não propicia necessariamente uma rota ótima, além disso, aumenta o custo e diminui a utilização das máquinas, refletindo-se nas duas maiores desvantagens da manufatura celular clássica. Portanto, nesta tese, o processo de formação das células de manufatura virtuais prevê a análise da freqüência de utilização das máquinas, para evitar que máquinas com baixa freqüência de utilização sejam introduzidas na célula e, também, aumentar a flexibilidade de rotas. A consideração de planos alternativos de processos pode melhorar o agrupamento dos elementos nos blocos diagonais das matrizes de incidência de máquinas-peças, através da duplicação de tipos de máquinas e ou rotas de processo para as peças. Os exemplos das Fig.2.4, Fig.2.5 e Fig.2.6 mostram como se pode melhorar o agrupamento dos elementos da matriz através das duas soluções apontadas. Na Fig.2.4a tem-se a matriz de incidência de máquinas-peça original. Após o agrupamento, é obtida a matriz bloco-diagonalizada da Fig.2.4b, a qual apresenta imperfeições no que se refere ao agrupamento, ou seja, a não formação de células de manufatura independentes. Uma solução seria a adoção de planos de processo alternativos, e, após a análise das alternativas, fazer a escolha dos planos mais adequados, dentre as alternativas, visando o objetivo de minimização de movimentação inter e intracelular. Essa solução é feita em duas etapas. Na primeira etapa reorganiza-se a matriz original e encontram-se os elementos excepcionais através de métodos de clustering. Após encontrar os elementos excepcionais, elegem-se os planos alternativos (rotas alternativas) factíveis para os planos que contêm esses elementos excepcionais. Numa segunda etapa, todas as combinações das outras rotas com os planos alternativos são testadas e através de medidas de eficiência de agrupamento, escolhe-se a melhor combinação de planos. A Fig.2.5 mostra a matriz reorganizada após escolha das rotas alternativas e a Fig.2.6 mostra a matriz reorganizada após a duplicação de máquinas. Essa solução compreende a adoção de heurística e de técnicas de otimização, como na maioria das soluções encontradas na literatura para utilização de rotas alternativas. Essa é uma “boa” solução, mas não uma solução ideal para sistemas do tipo NDDJSS. Não basta eleger alternativas de rotas e depois trabalhar apenas com a eleita, pois esta prática faz com que a rota eleita passe a ser a rota única quando se passa à execução dos processos. É preciso trabalhar com o conceito “verdadeiro” de rotas alternativas de processo para
a escolha de soluções em tempo real, isto é, deve-se manter as alternativas disponíveis para que durante a execução do processo sejam realizadas as decisões de escolha entre as rotas possíveis.
No entanto, devido à explosão combinatória de soluções e a dificuldade de escalonamento de tais sistemas, será adotada uma solução que, com algumas restrições de quantidade de células, quantidade de recursos e processos no interior de cada célula e de determinação da quantidade máxima de rotas alternativas de processos para cada processo, limita o espaço de soluções, tornando o problema tratável.
Tipo de Máquina Tipo de Máquina
a) Peça 1 2 3 4 5 6 b) Peça 1 3 5 2 4 6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 4 1 1 1 3 1 1 1 5 1 1 1 4 1 1 1 2 1 1 1 1 5 1 1 1 3 1 1 1 M at ri z a1 6 1 1 1 Mat ri z a2 6 1 1 1
Figura 2.4 - a) Matriz original a1 b) Matriz a2 (decomposição imperfeita da matriz a1).
Tipo de Máquina Tipo de Máquina
a) Peça 1 2 3 4 5 6 b) Peça 1 3 5 2 4 6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 4 1 1 1 3 1 1 1 5 (2) 1 1 1 4 1 1 1 2 1 1 1 1 5 (1) 1 1 1 3 1 1 1 5 (2) 1 1 1 6 1 1 1 M at ri z b1 6 1 1 1 Mat ri z b2
Tipo de Máquina Tipo de Máquina Peça 1 2 3 4 5 6 Peça 1 3 5 2 2 4 6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 4 1 1 1 3 1 1 1 5 1 1 1 4 1 1 1 2 1 1 1 1 5 1 1 1 3 1 1 1 M at ri z c1 6 1 1 1 Mat ri z c2 6 1 1 1
Figura 2.6 - Melhoria após duplicação da máquina do tipo 2.
A consideração de flexibilidade de rotas para as peças durante o projeto das células pode melhorar a capacidade de agrupamento das células bem como aumentar a utilização das máquinas como mostrado. Assim, adotando uma posição contrária ao uso de rotas simples, deseja-se agora nesta pesquisa focar na perspectiva de utilização de rotas alternativas e de até onde essa flexibilidade de rotas deve ser levada em consideração no projeto de células de manufatura virtuais.
Durante o estágio de operação das células, é possível que o processamento dos tipos de peça não possa ser realizado como planejado durante a fase de projeto, seja por quebra de máquinas, paradas previstas para manutenção e não consideradas durante a fase de escalonamento, indeterminismos quanto ao tempo (como no caso de uma peça esperando junto à máquina para ser processada) ou por alterações imprevistas no mix de produtos e/ou na demanda por produtos. Com a introdução de flexibilidade de rotas, é possível30 reorganizar as rotas para as peças, em tempo real, de maneira que elas ainda possam ser processadas dentro da programação feita para as células de manufatura projetadas, sem que para isso o sistema tenha que ser novamente programado ou ter seus elementos constituintes modificados. No entanto, a performance do sistema pode ser reduzida em relação ao planejamento original. Torna-se necessário então, durante a fase operacional do sistema, estabelecer medidas de desempenho para determinar se o comportamento do sistema se encontra dentro da faixa de desempenho estabelecida. Caso alterações do desempenho
30 Essa possibilidade será mostrada no próximo capítulo. Trata-se da técnica de despacho em tempo real proposta nesta tese.
aconteçam, fazendo com que a medida de desempenho saia da faixa estabelecida, novas alternativas devem ser ativadas com base em regras de despacho. Do contrário, alterações devem ser conduzidas nessa célula, como por exemplo, a introdução de novas máquinas em substituição a máquinas inoperantes ou a restrição de capacidade da célula no caso de impossibilidade de introdução de novas máquinas, ou ainda a transferência de parte do trabalho da célula para outra célula virtual.
O modo de formação das células de manufatura virtuais deve levar em conta uma diversidade de fatores importantes, simultaneamente. Esses fatores traduzem-se na natureza dinâmica e estocástica dos requisitos de produção e na disponibilidade de rotas alternativas (flexibilidade de rotas). Para considerar esses fatores, a solução proposta mescla a complexidade combinatória de modelos matemáticos, aliada a métodos heurísticos para obtenção da solução e a computação evolutiva (algoritmos genéticos).
Portanto, os requisitos básicos para o projeto de um sistema de manufatura celular virtual nessa pesquisa são:
1. formação de células de manufatura virtuais independentes para reduzir a zero o esforço de coordenação entre células de manufatura;
2. adoção de rotas alternativas e tipos de máquinas duplicados31 para formação de células independentes e balanceadas (minimização de movimentação intracelular e melhor distribuição da carga de trabalho entre as células virtuais ativas no sistema para um horizonte de tempo pré-fixado);
3. formação de células de manufatura ajustadas ao objetivo de formação de células independentes e com o menor número possível de movimentação intra e intercelular, introduzindo restrições de tamanho das células com o objetivo de obtenção de células balanceadas;
4. introdução de restrições de alocação de recursos, como por exemplo, levar em consideração os escalonamentos previstos para manutenção de equipamentos,
31 O termo tipos de máquinas duplicados não se refere à duplicação de um recurso (máquina), mas sim a adoção de máquinas com múltiplas capacidades.
a disponibilidade de equipamentos e de material, a disponibilidade de transporte, etc.;
5. definição e escolha dos recursos e atributos para as células;
6. formação das células virtuais visando o escalonamento global da produção (no nível de células), considerando-se medidas de desempenho como
makespan, due date e deadline para as células;
7. formação das células virtuais visando o seu escalonamento interno, levando em consideração medidas como atraso efetivo, due date e slack time dos processos internos.